situação de aprendizagem 2º período eletrônica[1]

CURSO TÉCNICO DE ELETRÔNICA – SENAI CIC

1 Situação de aprendizagem 2 – Eletrônica

Situação de Aprendizagem 2° período Eletrônica

Descrição geral do circuito:

O circuito em questão tem como objetivo integrar os estudos de eletrônica analógica e

digital, gerando como resultado uma aplicação que propicia a visualização de diferentes

conceitos abordados durante todo o semestre do curso de eletrônica.

A aplicação é inspirada em um holofote acoplado a um motor para fazer uma espécie

de varredura (ir de um lado ao outro). Além disso, a potência da lâmpada também deve ser

controlada. Para tornar o circuito mais dinâmico, existe um controle baseado em acelerômetro.

Funcionalmente, têm-se a seguinte situação:

Repare que o holofote subiu um ângulo α. Para fazer isto, deve-se inclinar o controle

para frente, mudando o eixo X do módulo acelerômetro. Depois de atingir um determinado

ângulo, o holofote começa a descer novamente, até voltar a posição inicial.

Se o controle permanecer inclinado, o holofote ficará indo e voltando até o controle

ser deixado na posição de repouso, com zero g no eixo X. Dá-se ao movimento de i e vir do

holofote o nome de varredura.

Para o controle de luminosidade, o módulo acelerômetro deve ser inclinado no eixo Y:

1 1 2 2

α



Diagrama em blocos do circuito:

O circuito completo está representado no diagrama acima, os blocos de fundo azul são

módulos já desenvolvidos. Os blocos com fundo branco precisam ser desenvolvidos pelo aluno.

O objetivo de já existirem módulos prontos é medir a capacidade do eletrônico de

interpretar circuitos já existentes e conseguir interligar esses circuitos com um novo sistema.

Para facilitar o desenvolvimento, estes módulos serão divididos em tarefas,

apresentadas a seguir.

Princípio de funcionamento dos módulos existentes:

Módulo acelerômetro: veja o manual ou esquemático do mesmo para maiores

informações. É pertinente ressaltar que no caso do circuito acima, estamos

utilizando o acelerômetro para determinar a inclinação da placa. Isso é

Eixo Y

Eixo X

Vin Clock

Dir Módulo de Motor

de Passo

Módulo Acelerômetro

Módulo de controle de disparo de fase

Subtrator de Offset

Amplificador não inversor

Comparador Referência

Filtro passa baixas

Clock

Contador

Circuito combinacional

Inversor de direção

Motor de passo unipolar

Lâmpada

Reset



possível porque o acelerômetro consegue perceber a aceleração da gravidade

que é de 1g.

Módulo do motor de passo: veja o manual ou esquemático do mesmo para

maiores informações. Na aplicação proposta o módulo deve estar configurado

para funcionar por pulso e incremento, nessa configuração utiliza-se uma

entrada digital que recebe os pulsos para mover o motor e outra entrada que

determina qual a direção que o motor irá rodar. É importante lembrar que

nesse circuito é necessário deixar o módulo em meio passo, isso significa que

para um motor de 1,8° por passo ele se movimentará 0,9° por pulso (poque

cada pulso equivale a meio passo).

Módulo do controle de potência: veja o manual ou esquemático do mesmo

para maiores informações. Nesse circuito o módulo tem como objetivo fazer o

disparo do tiristor para alterar a carga eficaz na lâmpada. Ele deve estar

configurado para ler a entrada de tensão (0V-10V) e o circuito que será

projetado pelo aluno não pode ultrapassar estas especificações.

Note que a alimentação dos circuito é bem versátil. Para os módulos funcionarem

corretamente recomenda-se que utilize 12V para a alimentação, sendo assim, é interessante

que o circuito projetado seja capaz de funcionar com a mesma tensão de alimentação. Por isso,

para todas as tarefas são recomendados CIs digitais CMOS e amplificadores operacionais que

funcionam sem alimentação simétrica.



Tarefas do aluno:

Abaixo estão descritas com mais detalhes as tarefas que devem ser realizadas pelo

aluno. Para cada tarefa é necessário interpretar o problema e buscar uma solução viável para

resolvê-lo. Cálculos podem ser necessários para o desenvolvimento da solução. Além disso,

todas as soluções terão um circuito final como resposta.

Os alunos devem apresentar no dia da avaliação uma folha de resolução para cada

tarefa e um diagrama esquemático final do circuito, integrando todos os módulos que foram

desenvolvidos. Esse diagrama deve ser desenhado utilizando algum software de desenho

eletrônico no computador (exemplo, Proteus).

O mesmo circuito que foi projetado e desenhado no computador deve ser então

montado no protoboard para ser apresentado funcionando para os avaliadores no dia

previamente combinado.

Tarefa A: ajuste do sinal do eixo Y do acelerômetro para alterar o nível de

intensidade da lâmpada.

O objetivo da primeira tarefa é desenvolver os blocos Subtrator de offset e

amplificador para interligar o módulo do acelerômetro com o do controle de disparo de fase.

Basicamente, o aluno precisa primeiro determinar a aceleração medida pelo módulo

acelerômetro para deixar a lâmpada ficar totalmente apagada e totalmente acesa.

Para tanto, aplique as equações abaixo para determinar as acelerações:

Sendo assim, o objetivo do circuito é fazer com que quando o módulo do acelerômetro

medir a aceleração mínima (que é a aceleração apagado) deve-se ter zero volts na saída do

circuito. Da mesmo forma, quando o acelerômetro possuir Acc(aceso) em sua saída, deve-se

ter 10V na saída do circuito. Veja no esquema abaixo as duas diferentes situações:

Acc(apagado)=|sen(soma do número da chamada dos alunos)|*(-1) [g]

Acc(aceso)=Acc(apagado)*(-1) [g]



O bloco pontilhado vermelho diz respeito a o que deve ser desenvolvido na tarefa A,

recomenda-se desenvolver estes circuitos utilizando amplificadores operacionais, como por

exemplo, o CI LM358 ou LM324.

Tarefa B: Comparador.

O objetivo deste bloco é determinar o quanto deve ser inclinado o módulo do

acelerômetro no eixo X para fazer o holofote mover-se.

Basicamente, a tensão de saída do módulo que deve ser considerada é igual a:

Sendo assim, utilize o comparador LM339 e faça com que a saída do mesmo vá para

estado lógico 1 quando a tensão do módulo acelerômetro for maior que Vmod e permaneça

em zero quando a tensão Vmod for maior do que a tensão de saída do eixo X do módulo.

Repare que esta tensão Vmod está representada no diagrama em blocos do circuito

como “Referência”. Para gerar esta referência você pode utilizar um potenciômetro

configurado como divisor de tensão.

Cuidado com o circuito LM339, porque a sua saída em 1 é em coletor aberto, o que faz

necessário o uso de um resistor de pull-up.



Subtrator de Offset


Acc(apagado)

0V



Subtrator de Offset

Acc(aceso)

10V


Vmod=(cos(número de letras do nome dos integrantes)*3)+4,5



Tarefa C: Filtro passa baixas.

O objetivo deste bloco é diminuir o sinal de repique na saída do módulo de

comparação. Para tanto, projete um filtro passivo passa baixas, conforme figura, para obter

uma frequência de corte de aproximadamente 16Hz. Procure utilizar um resistor e um

capacitor de valores comerciais.

Tarefa D: Gerador de clock.

O clock deste circuito diz respeito a velocidade de varredura do holofote. Sendo assim,

quanto mais rápido o clock, mais rápido o holofote se movimentará. Repare que o bloco do

Clock vem depois do bloco do comparador, dessa forma, o comparador funciona como uma

espécie de Enable, ou seja, o clock somente deve funcionar quando a saída do comparador for

um.

Você deve projetar o clock levando em consideração que será utilizado o motor de

passo em meio passo, o que equivale a 0,9° por pulso. Além disso, o tempo de varredura (ir e

voltar) deverá ser de 5s.

Primeiro determine qual o ângulo de varredura (tarefa E), depois determine quantos

pulsos deverão ser dados para o holofote ir e voltar. Por fim, considere que o total de pulsos

de ida e volta deve acontecer ao decorrer de 5s, então, determine a frequência do clock.

Recomenda-se utilizar o CI LM555 para gerar o clock. Verifique o datasheet do CI e

monte a configuração “astável”. Considere uma tolerância de 10% para o circuito, dessa forma

é possível arredondar os valores dos cálculos para valores de componentes comerciais,

facilitando a montagem.

Tarefa E: Circuito de varredura.

O circuito de varredura é composto por três blocos: contador, combinacional e

inversor de direção.

O objetivo desse circuito é fazer com que o motor gire em um sentido por um tempo e

depois mude o sentido. Além disso, ele sempre move em cada sentido apenas por um

determinado ângulo, chamado de ângulo de varredura. Na imagem abaixo, esse ângulo de

varredura está representado pela letra α

C

R

IN OUT

GND



Como a movimentação é feita por um motor de passo, este ângulo α pode ser

traduzido em uma quantidade de pulsos do clock. Considerando que o módulo do motor de

passo deve ser configurado no modo meio passo, a cada pulso de clock o motor anda 0,9°.

Assim, se for necessário um ângulo de varredura de 45° (por exemplo) o motor deve

andar um total de 50 pulsos (45°/(0,9°por pulso)).

Este é o motivo pelo qual temos o contador seguido pelo circuito combinacional. No

exemplo acima, quando o contador for mudar de 50 para 51 o circuito combinacional fará com

que o contador reset e inicie novamente a contagem, fazendo com que o contador sempre

conte de zero a cinquenta.

Feito isso, é necessário projetar o circuito inversor, para fazer com que toda a vez que

o contador for resetado a direção do motor mude. Para tanto, projete com um flip flop JK tal

circuito. Este circuito recebe o mesmo sinal que é mandado para o reset do contador, assim,

toda a vez que o contador iniciar uma contagem a direção mudará, gerando como resultado a

ação de ir e vir do motor.

Recomenda-se para o desenvolvimento destes módulos o CI CD4040 como contador,

os CIs CD4081, CD4071 e CD4049 como portas lógicas para se projetar o circuito

combinacional e por fim o CD4027 (flip flop JK) para fazer o inversor.

O ângulo de varredura deve respeitar a equação abaixo:

α

Ângulo[°]=|cos(número de letras do nome dos integrantes*10)|*200

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